Verfahren und Vorrichtung zum Filtern von Kunststoffen in Spritzgiessmaschinen

Abstract

 Die Erfindung betrifft einVerfahren und eine Vorrichtung zum Filtern von Kunststoffen in Spritzgießmaschinen, bei denen zwischen der Plastifiziereinheit und dem Formhohlraum eine ein Filterelement aufnehmende Haltevorrichtung angeordnet ist.
Das Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) das frische Filterelement wird vorgewärmt in Bereitschaft gehalten

b) das verbrauchte Filterelement wird an der selben Position gegen das frische Element getauscht

c) das frische Filterelement wird mit Gießmasse beaufschlagt, die vor dem Formhohlraum umgelenkt wird

d) der Schritt c) wird so lange wiederholt, bis die Gießmasse als geeignet erkannt dem Formhohlraum direkt zugeführt wird

e) nach jedem Schuß wird die Zuleitung zum Formhohlraum geschlossen und der Gießvorgang wiederholt, bis das Filterelement verbraucht ist.

Die Einrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffen dient zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtern von Kunststoffen in Spritzgießmaschinen, bei denen zwischen der Plastifiziereinheit und dem Formhohlraum eine ein Filterelement aufnehmende Haltevorrichtung angeordnet ist, und eine entsprechende Einrichtung dazu.

[0002] Aus Kunststoffe 87 (1997), Seiten 154-159, ist ein Siebsystem bekannt (Seite 156), bei dem die Siebstellen in einen recheckförmigen Schieber (Kassette) oder einen runden Bolzen eingelassen sind. Über einen hydraulischen Antrieb wird per Handauslösung oder automatisch bei Erreichen einer definierten Druckgrenze durch Verschieben der Siebflächenträger der Wechsel ausgelöst.

[0003] Solche Siebwechselsysteme sind in der Kunststoffverarbeitung, und hier inbesondere in der Extrusion, im Einsatz. Probleme treten hier gerade bei nicht ausdrücklich druckkonstanten Wechselsystemen auf, da das kontinuierliche Zusetzen der Siebfläche und deren Austausch mit teilweise enormen Druckschwankungen vor dem Filter einhergeht.

[0004] Aus DE 44 19 284 C1 ist eine Filtervorrichtung für Kunststoffschmelzen bekannt, bei der Siebeinsätze in einem kraftbetriebenen verschiebbaren Schieber angeordnet sind. Zu beiden Seiten des Schiebers sind Dichtungen angeordnet, wobei mindestens eine der Dichtungen einen aus Metall bestehenden Dichtkörper aufweist, der einen Hohlraum umschließt, welcher mit einem Stoff gefüllt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient den des Materials des Dichtkörpers überschreitet. Beim Einsetzen der Dichtung ist deren aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl bestehender Dichtkörper praktisch entspannt. Durch Erwärmung durch die hindurchfließende Kunststoffschmelze wird der Dichtkörper inklusive des ihn füllenden Stoffes thermisch expandiert, so daß im Betrieb nach der thermischen Ausdehnung bzw. Verformung sich die Stirnfläche der Dichtung fest und dichtend gegen den Schieber legt.

[0005] Nachteil dieser Dichtungsform ist seine Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur der verarbeiteten Kunststoffmasse, da sich beide Werte in ungewollter Weise verstärkend addieren, daß also bei niedriger Temperatur und geringem Druck Undichtigkeiten auftreten und bei hohem Druck und hoher Temperatur unerwünscht hohe Flächenpressungen bei den Auflageflächen auftreten.

[0006] Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Filtern von Kunststoffen in Spritzgießmaschinen zu schaffen, bei der mit einfachen und konstruktiven Mitteln bei hohen Massedrücken ein sicheres Entfernen von Störstoffen aus der Kunststoffmasse gewährleistet ist.

[0007] Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 4. Die übrigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

[0008] Erfindungsgemäß wird beim Filterwechsel ein vorgewärmtes Filterelement eingesetzt, welches mit Kunststoffmasse beaufschlagt wird, die so lange vom Formhohlraum ferngehalten wird, bis die Gießmasse als geeignet erkannt und damit fehlerfrei der Verarbeitung zugeführt wird.

[0009] Hierzu ist in der Verbindungsleitung zwischen der Plastifiziereinheit und der mit dem Formhohlraum verbundenen Düse ein 3-Wege-Hahn vorgesehen, mit den Arbeitspositionen:

• Durchgang zum im Werkzeug befindlichen Formhohlraum
• Sperrstellung
• Spülstellung mit dem Masseausfluß nach außen, vorzugsweise nach unten.

[0010] Die Sperrstellung des Absperrorgans verhindert jegliche Beeinflussung des Filters und der Schnecke aus dem Werkzeug oder Verteilersystems, z.B. Heißkanal bei Mehrkomponenten u.ä.

[0011] Die Spülstellung ermöglicht nach dem Wechseln der Filtereinheiten insbesondere das Ausspritzen des Luftvolumens und der alten Masse beim Anfahren der Spritzgießmaschine und bei Filterwechsel.

[0012] Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine Vorwärmeinheit für frische Filterelemente vorgesehen. Hierzu ist der Schieber, in dem der aktive Filter gelagert ist, verschiebbar und in eine Position verfahrbar, bei der seine Aufnahme des Filterelementes mit einer kolbenförmigen Verschiebeeinheit korrespondiert, durch die das verbrauchte Filterelement ausstoßbar und gleichzeitig das frische Filterelement einsetzbar ist.

[0013] Die Verschiebeeinheit besitzt im Bereich der Filterhalterung eine Vorheizeinrichtung, durch die die Filterelemente auf Betriebstemperatur vorheizbar sind. Durch das Vorheizen wird verhindert, daß beim nächsten Spritzhub die Masse im frischen Filtersieb sofort einfriert und die Produktion unterbrochen wird.

[0014] Zum Filterwechsel wird also der als Trägerplatte ausgestaltete Schieber mit der verschmutzten Filtereinheit nach oben aus dem Filterkopf herausgezogen. Mittels des Kolbens der Verschiebeeinheit wird das vorgewärmte Filterelement in die Trägerplatte eingeschoben. Dabei wird das verschmutzte Element auf der Gegenseite auf eine Auffangrinne ausgeworfen.

[0015] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Filterelement auch in seiner Betriebsstellung thermisch beeinflußt. Hierzu ist im Schieber im Bereich der Aufnahme des Filterelementes eine Filterbeheizung vorgesehen.

[0016] Der das Filterelement aufnehmende Schieber soll zum Wechsel leicht bewegbar sein, während des Betriebes aber dicht schließend gehalten werden und keine Leckagen zulassen. Hierzu ist es bekannt, zu beiden Seiten des Schiebers Dichtungsringe vorzusehen. Im vorliegenden Fall ist auf der der Plastifiziereinheit zugeneigten Seite zwischen Schieber und Gehäuse ein mindestens zweiteiliger Dichtungsring vorgesehen, der in Abhängigkeit von in dem Kanal vorliegenden Massedruck entweder spielfrei oder gegen den Schieber pressbar ist.

[0017] Hierzu ist der eine Dichtungsteil des Dichtungsringes dachförmig ausgestaltet, während der andere eine Dreiecksform besitzt, wobei beide sich über eine schräge Fläche berühren. Beide Ringteile sind dabei ausschließlich aus Metall, wobei mindestens der dachförmige Dichtring vorzugsweise aus hochelastischem Werkstoff gefertigt ist. Im drucklosen Zustand sind beide Dichtringe zurückgefedert und lehnen leicht vorgespannt gegeneinander. Bei steigendem Massedruck vergrößert sich beim dachförmigen Dichtring der Durchmesser, wobei seine dem dreieckigen Dichtring zugeneigte schräge Fläche während seines radialen Öffnens den dreieckigen Dichtring axial bewegt und gegen den Schieber presst. Der Winkel der sich berührenden schrägen Flächen beider Dichtungsteile ist so gewählt, daß sich diese nicht verkeilen und im drucklosen Zustand in ihre Ausgangsposition zurückfedern.

[0018] Als Material wurde ein Metall mit geringem E-Modul vorgesehen, das die erforderliche Verformung begünstigt.

[0019] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das in der Verbindungsleitung vorgesehene Absperrorgan als 3-Wege-Hahn ausgestaltet und mit einem Speicher verbindbar. Durch diesen Speicher kann die qualitativ als gut befundene Spritzgießmasse bezüglich ihres Druckes und ihrer Menge noch beeinflußt werden. Hierzu ist der Speicher als Kolben-Zylinder-Einheit ausgestaltet, welche bei dem hydraulischen oder elektrischen Antrieb betreibbar ist. Die Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit ist dabei thermisch getrennt, so daß keine negative Beeinflussung der Spritzgießmasse eintritt.

[0020] Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die

Figur 1

Ein Schema einer Spritzgießeinheit.

Figur 2

Einen Ausschnitt einer Spritzgießeinheit mit einer Filterwechsel- und Absperrvorrichtung.

Figur 3

Eine Spritzgießeinheit mit Filter und Speicher.

[0021] Die Figur 1 zeigt eine Spritzgießeinheit mit einer Plastifiziereinheit 11, in der eine Schnecke 12 über einen Schneckenantrieb 13 angetrieben wird. Das Gehäuse 18 der Plastifiziereinheit 11 weist mündungsseitig einen Kanal 14 auf, der über eine Verbindungsleitung 35 mit einer Düse 15 in Verbindung steht, über die Spritzgießmasse zum Formhohlraum 17 eines Werkzeugs 16 geführt wird.

[0022] Im Bereich des Kanals 14 ist ein Schieber 61 angeordnet, der eine Aufnahme 62 für eine Filterelement 21 besitzt, wobei der Schieber 61 senkrecht zur Hauptachse I verfahrbar ist.

[0023] Die Aufnahme 62 für das Filterelement 21 ist von einer Filterbeheizung 72 umhüllt.

[0024] Der Schieber 61 korrespondiert bei seiner Filterwechselstellung mit einer kolbenförmigen Verschiebereinheit 66, deren Nebenachse II parallel zur Hauptachse I angeordnet ist und im Mündungsbereich eine Filterhalterung 63 besitzt, in der ein frisches Filterelement 21 einsetzbar ist.

[0025] Zum Filterwechseln wird das Zentrum der Aufnahme 62 von der Hauptachse I der Plastifiziereinheit 11 zur Nebenachse II der Verschiebereinheit 66 verschoben. Durch Verfahren einer in der Verschiebereinheit 66 angeordneten Kolben-Zylinder-Einheit 64 wird das Filterelement 21 aus der Filterhalterung 63 in die Aufnahme 62 des Schiebers 61 gebracht, wobei das verbrauchte Filterelement (hier nicht dargestellt) aus dem Schieber 61 entfernt wird.

[0026] Die Filterhalterung 63 weist eine Vorheizeinrichtung 71 auf, durch die frische Filterelemente 21 auf Betriebstemperatur bringbar sind.

[0027] Die frischen Filterelemente 21 werden über ein nicht weiter dargestelltes Magazin der Filterhalterung 63 zugeführt.

[0028] In Materialströmungsrichtung dem Schieber nachgeordnet ist in der Verbindungsleitung 35 ein Absperrorgan 31 vorgesehen, welches als 3-Wege-Hahn 33 ausgestaltet ist. In einer Stellung ist der Kanal 14 und damit das gefilterte Material mit dem Formhohlraum 17, in einer weiteren Stellung ist der Kanal 14 über eine Abzweigung 36 mit einem Abspritzbehältnis 37 verbunden.

[0029] Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Figur 1 im Bereich des Schiebers 61 und des Absperrorgans 31. Das Absperrorgan 31 ist hier als Schieber ausgestaltet mit der Stellung Durchgang, Gesperrt und Umlenken.

[0030] Weiterhin ist in der Figur 2 ergänzend zur Figur 1 der Dichtungsring 81 dargestellt. Der Dichtungsring 81 besteht aus zwei Dichtungsteilen, und zwar einem dachförmigen Dichtungsteil 82 und einem dreieckigen Dichtungsteil 83, die sich über eine komplette Fläche berühren.

[0031] Durch den Innendruck der in dem Kanal 14 befindlichen Materialmasse wird der dachförmige Teil 82 aufgeweitet, wobei durch die Vergrößerung des Durchmessers eine keilförmige Verbindung der Berührungsflächen zum dreieckigen Dichtungsteil 83 besteht. Hierdurch wird der dreieckige Dichtungsteil 83 mit hoher Kraft gegen den Schieber 61 gedrückt. Hierdurch wird ein Abströmen von Kunststoffmasse aus dem Kanal über die Berührungsfläche Gehäuse 18 und Schieber 61 sicher verhindert.

[0032] Die Figur 3 zeigt eine Spritzgießeinheit, bei der ergänzend zu der Abzweigung 36 ein Speicher 41 mit dem Absperrorgan 31 in Verbindung steht.

[0033] Der Speicher 41 weist ein Verstellelement 42 auf, welches als Kolben-Zylinder-Einheit 43 ausgebildet ist. Die Kolbenstange 44 der Kolben-Zylinder-Einheit ist an einen hydraulischen Antrieb oder einen elektrischen Antrieb (hier nicht dargestellt) anschließbar.

[0034] Die Kolbenstange 44 besteht in einem Bereich aus einem Material 46, durch das der Kolben 45 von dem Antrieb thermisch trennbar ist.

Positionsliste

Spritzgießen

[0035] 

11

Plastifiziereinheit

12

Schnecke

13

Schneckenantrieb

14

Kanal

15

Düse

16

Werkzeug

17

Formhohlraum

18

Gehäuse

Filtern

[0036] 

21

Filterelement

22

Verbrauchtes Filterelement

23

Filtergehäuse

Sperren

[0037] 

31

Absperrorgan

32

Kugelhahn

33

3-Wege-Hahn

34

Rückschlagventil

35

Verbindungsleitung

36

Abzweigung

37

Abspritzbehältnis

Speichern

[0038] 

41

Speicher

42

Verstellelement

43

Kolben-Zylinder-Einheit

44

Kolbenstange

45

Kolben

46

Thermisches Trennmaterial

Antreiben

[0039] 

51

Hydraulischer Antrieb

52

Elektrischer Antrieb

Verschieben

[0040] 

61

Schieber

62

Aufnahme des Filterelementes

63

Filterhalterung

64

Kolben-Zylinder-Einheit

65

Magazin

66

Kolbenförmige Verschiebeeinheit

Heizen

[0041] 

71

Vorheizeinrichtung

72

Filterbeheizung

Dichten

[0042] 

81

Dichtungsring

82

Dachförmiger Dichtungsteil

83

Dreieckiger Dichtungsteil

I

Hauptachse

II

Nebenachse

Ansprüche

1. Verfahren zum Filtern von Kunststoffen in Spritzgießmaschinen, bei denen zwischen der Plastifiziereinheit und dem Formhohlraum eine ein Filterelement aufnehmende Haltevorrichtung angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) das frische Filterelement wird vorgewärmt in Bereitschaft gehalten

b) das aus dem Massekanal ausgefahrene verbrauchte Filterelement wird an der selben Position gegen das frische Element getauscht

c) das frische Filterelement wird in den Massekanal eingefahren und mit Gießmasse beaufschlagt, die vor dem Formhohlraum in einen Auffangbehälter umgelenkt wird

d) der Schritt c) wird so lange wiederholt, bis die Gießmasse als geeignet erkannt dem Formhohlraum direkt zugeführt wird

e) nach jedem Schuß wird die Zuleitung zum Formhohlraum geschlossen

f) der Gießvorgang wird wiederholt, bis das Filterelement verbraucht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf die Gießmasse während ihres Durchtritts durch das Filterelement thermisch Einfluß genommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die sich im Filter befindliche Gießmasse von außen ringförmig erwärmt wird.

4. Einrichtung zum Filtern von Kunststoffen in Spritzgießmaschinen mit einer Plastifiziereinheit, einer mit einem Formhohlraum verbundenen Düse und einem in der Verbindungsleitung in einem Kanal zwischen der Plastifiziereinheit und der Düse angeordneten Filterelement, das in einem Schieber gelagert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß in der Verbindungsleitung (35) in Materialförderrichtung nach dem Filterelement (21) ein 3-Wege-Hahn (33) mit einer Abzweigung (36) angebracht ist,

daß in einer Schaltstellung der 3-Wege-Hahn (33) die Plastifiziereinheit (11) über die Abzweigung (36) mit einem Abspritzbehältnis (37) verbindet,

daß der Schieber (61) senkrecht zur Hauptachse (I) der Verbindungsleitung (35) verschiebbar und in eine Position bringbar ist, bei der seine Aufnahme für das Filterelementaußerhalb des Massekanals mit einer kolbenförmigen Verschiebeeinheit (66) korrespondiert, durch die das verbrauchte Filterelement ausstoßbar und ein frisches Filterelement (21) einsetzbar ist, und daß die Verschiebeeinheit (66) im Bereich der Filterhalterung (63) eine Vorheizeinrichtung (71) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schieber (61) im Bereich der Aufnahme (62) des Filterelementes (21) eine Filterbeheizung (72) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß sich im Gehäuse (18) an der Mündung des Kanals (14) auf der der Plastifiziereinheit (11) zugewandten Seite ein mindestens zweigeteilter Dichtungsring (81) abstützt, der in Abhängigkeit von in dem Kanal (14) vorliegenden Massedruck gegen den Schieber (61) pressbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Dichtungsring (81) aus zwei Dichtungsteilen (82, 83) besteht, wobei das eine Dichtungsteil (82) dachförmig ausgestaltet ist und das zweite Dichtungsteil (83) eine Dreiecksform besitzt,

daß sich die eine Dachseite des dachförmig ausgestalteten Dichtungsteils (82) am Gehäuse (18) und die andere Dachseite an einer Seite des zweiten Dichtungsteils (83) abstützt, und

daß das eine Dreiecksform besitzende zweite Dichtungsteil (83) mit der zweiten Seite gegen das Gehäuse (18) und mit der dritten Seite gegen den Schieber (61) preßbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Dichtring (81) aus Titan besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der 3-Wege-Hahn (33) als Kugelhahn (32) ausgestaltet und mit einem Speicher (41) verbindbar ist, und

daß an dem Speicher (41) Verstellelemente (42) angeschlossen sind, die steuerungsmäßig mit dem Kugelhahn (32) verbunden sind, so daß das Volumen und der Druck im Speicher (41) vorgebbar einstellbar sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Speicher (41) als Kolben-Zylinder-Einheit (43) ausgebildet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Kolbenstange (44) der Kolben-Zylinder-Einheit an einen hydraulischen Antrieb (43) angeschlossen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Kolbenstange (44) der Kolben-Zylinder-Einheit an einen elektrischen Antrieb angeschlossen ist.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Kolbenstange (44) in einem Bereich aus einem Material (46) besteht, mit dem der Kolben (45) von dem Antrieb thermisch trennbar ist.

Zeichnung